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前言：
在现代操作系统中，文件系统的管理是核心功能之一，它负责处理文件的存储、访问和组织。文件系统不仅需要高效地管理磁盘空间，还要能够快速地定位和检索文件。本文将深入探讨文件系统的工作原理，包括磁盘的物理结构、逻辑存储方式以及操作系统如何管理文件和目录。通过理解这些概念，我们可以更好地理解操作系统如何与硬件交互，以及如何优化文件系统的使用。
进程打开文件！
系统中是不是所有的文件都被被打开了呢? 大部分文件是没有被打开的。
如果没有被打开呢? 在哪里保存？磁盘,SSD。OS 要不要管理一下磁盘文件呢？ 如何让OS快速定位一个文件。
1. 磁盘机械结构
2. 磁盘物理结构
磁道/柱面：唯一的编号。
扇区：是磁盘IO的基本单位（512字节，4KB） ，但不一定是系统和磁盘IO的基本单位。
磁头、盘面：都有唯一的编号
如果我想访问磁盘中的一个扇区：
通过磁头定位：磁道/柱面(cylinder)，使用哪一个磁头(head)，哪一个扇区(sector)。(CHS定位法)
那么任何文件，不就是多个扇区承载的数据吗？
3. 磁盘的逻辑存储
Linux ext2文件系统，上图为磁盘文件系统图（内核内存映像肯定有所不同），磁盘是典型的块设备，硬盘分区被划分为一个个的block。一个block的大小是由格式化的时候确定的，并且不可以更改。例如mke2fs的-b选项可以设定block大小为1024、2048或4096字节。而上图中启动块（Boot Block）的大小是确定的，
Linux 磁盘文件特性：文件 = 内容 + 属性 （内容和属性分开存储）
类容: 大小不确定，可能很大，可能很小。
属性：固定大小的。（属性的类别是一样的，只不过每个类别内容不一样）
struct inode // 128字节
{
// inode编号 （识别唯一性）
// 类型
// 大小
// 权限
// 时间
// ...
}
注意：文件名不属于文件属性！
系统中，标识一个文件不是用的文件名，而是 inode！
3. 1. 文件名呢？
- 任何一个普通文件，一定在一个目录中。
- 目录 是不是文件？
是，inode(inode编号) + 目录内容(文件名：inode编号的映射关系) - 如果一个目录没有r , w , x 表现是什么？
因为创建文件最终是要修改目录的内容的，所以没有就创建不了。
3.2 对文件的增删查改与 路径
对一个文件，进行增删查改，都和改文件所在的目录由关系！
查找一个文件，在内核中，都要逆向的递归得到 / ，从根目录进行路径解析。
访问一个文件，可以根据路径前缀，优先区分出文件在哪一个分区下！
- open、fopen，都需要我们提供文件路径的
- 进程的当前路径！
3.3. 文件
- 打开的文件
- 没有打开的文件
4. 软硬链接
4.1. 操作观察现象
- 创建软链接：
ln -s test.txt soft
软连接本质是一个文件，有独立的 inode
- 创建硬链接：
ln hello.txt link.hard
硬链接本质不是一个独立的文件，因为它的 inode 编号和目标文件相同，写入道指定目录的数据块中。
4.2. 软硬链接的原理
- 硬链接本质就是在指定的目录下，插入新的文件名和目标文件的映射关系，并让 inode 引用计数++
- 软链接本质就是一个独立文件，软链接内容里面存放的目标文件的路径！软链接类似 windows 下的快捷方式。
4.3. 软硬链接的应用场景
硬链接：维护目录间映射的关系，一个目录下有多少个子目录：硬链接数 - 2 计算得到。
总结
本文详细介绍了文件系统的工作机制，从磁盘的物理结构到逻辑存储，再到操作系统如何管理文件和目录。我们了解到，尽管大部分文件在任何给定时间都是未被打开的，操作系统仍然需要有效地管理这些文件。磁盘的机械结构和物理结构决定了数据的存储方式，而文件系统的逻辑结构则决定了文件的组织和访问方式。
Linux文件系统，如ext2，通过使用块设备、块组、超级块、块位图和inode等概念来管理文件。每个文件都有其对应的inode，其中包含了文件的属性，而文件名则存储在目录中，目录本身也是一个文件。操作系统通过路径解析来查找文件，并可能需要跨多个分区进行搜索。
此外，我们还探讨了硬链接和软链接的概念及其应用场景。硬链接通过增加inode的引用计数来实现，而软链接则是一个包含目标文件路径的独立文件。硬链接常用于维护目录间的映射关系，而软链接则类似于Windows下的快捷方式。
通过理解这些概念，用户和开发者可以更有效地与文件系统交互，优化存储空间的使用，并提高文件访问的效率。操作系统的文件管理是一个复杂但至关重要的过程，它确保了数据的安全性、完整性和可访问性